JPH07296759A - 半導体素子の観察方法及びそれに用いる走査形電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体素子の表面と内部の観察を同一の装置
で行い、検査の迅速化と微細化対応を図る。 【構成】 走査形電子顕微鏡の加速電源１８、２０を切
り替えて照射電子ビーム１５のエネルギーを半導体試料
２５を帯電することなく観察できる低エネルギー領域と
高エネルギー領域の両領域に切り替えできるようにし、
半導体プロセス検査で必要な表面観察と内部観察の両機
能が得られるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ビームを用いた半
導体素子の観察方法に関し、特に半導体素子の表面及び
内部又は凹部の精細な観察を可能にする方法、及びそれ
に用いる走査形電子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビームを試料上に走査し、そこから
発生する二次電子又は反射電子を検出する走査形電子顕
微鏡は、各種産業及び研究の分野で広く活用されてい
る。特に半導体産業では、半導体素子におけるパターン
の高集積化と微細化が進み、その検査には光学顕微鏡に
代わって走査形電子顕微鏡が用いられている。半導体産
業での走査形電子顕微鏡の主な活用は、開発又は製造の
プロセス途中における半導体素子の検査で、レジストパ
ターンの寸法計測、エッチング状態又は残渣の有無の検
査等である。

【０００３】半導体素子の検査に用いる走査形電子顕微
鏡は、半導体素子に被覆されている絶縁物の帯電を避け
るため加速電圧が１ｋＶ以下の低エネルギーのものが用
いられている。絶縁物が帯電すると、その電荷によって
電界が発生し、照射される電子ビームが曲げられたり、
試料から発生した二次電子が試料に引き戻されて検出器
に到達しない等の弊害が生じ、高精度の走査像を得るこ
とができない。従って、半導体素子を帯電させない条件
で観察を行うことは極めて重要である。

【０００４】低エネルギーの電子ビームを用いることで
絶縁物の帯電を避けることができるのは、次の理由によ
る。絶縁物に電子ビームを照射したとき、次式で定義さ
れる電子放出の割合δが照射電子ビームのエネルギーに
よってどのように変化するかを図２に示す。 δ＝（二次電子量＋反射電子量）／（照射電子ビーム
量） 図２から分かるように、電子のエネルギーを下げてくる
と次第にδが増加し、１ｋＶ以下になると１．０を超す
ようになる。δが１．０となる条件又は１．０を超す条
件では、試料に入る照射電子ビーム量と試料から出る二
次電子量（反射電子量を含む）のバランス作用が起こ
り、絶縁物表面が帯電することなく観察できる。

【０００５】また、１ｋＶ以下の低エネルギーの電子
は、試料のごく表面でエネルギーを失い、そこで二次電
子や反射電子を発生させる。そのため、得られた走査像
は表面の構造を反映していることになる。この表面構造
に敏感なことは低エネルギーの走査形電子顕微鏡のもう
一つの特徴である。すなわち、半導体プロセスに低エネ
ルギーの走査形電子顕微鏡が活用された理由は、絶縁物
の観察が可能なこと及びエッチング残渣の観察等の表面
に敏感な観察が可能なことである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】半導体素子の製造にお
いてパターンの微細化と共にパターンの多層化が進んだ
結果、半導体素子内部の欠陥の観察や多層構造のアライ
ンメント評価等のため、低エネルギーの電子ビームによ
る表面状態の観察のみでなく、半導体素子の内部又はコ
ンタクトホール等の凹部も同時に観察することが望まれ
ている。

【０００７】半導体素子の内部構造や凹部を観察するに
は、試料の表面からさらに内部に進入可能な高エネルギ
ーの電子ビームを用いる必要があり、同時に半導体素子
の表面に被覆されている絶縁物の帯電を避ける必要があ
る。前述のように、半導体素子が帯電すると、照射され
る電子ビームが曲げられたり、試料から発生した二次電
子が検出できなくなって満足のいく走査画像が得られな
いからである。本発明は、表面に絶縁物が被覆された半
導体素子の表面及び内部を無帯電で同時に精細に観察す
る方法及びそれに用いる走査形電子顕微鏡を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による半導体素子
の観察方法は、絶縁物薄膜が被覆された半導体素子を電
子ビームで走査し、発生した電子又はＸ線を検出して走
査像を得る際に、絶縁物薄膜を帯電させない低エネルギ
ー領域及び高エネルギー領域の電子ビームを用いて走査
を行うことを特徴とする。

【０００９】具体的には、絶縁物薄膜が被覆された半導
体素子を走査形電子顕微鏡の試料室に設置し、表面を観
察するときは前記絶縁物薄膜を帯電させない低エネルギ
ー領域の電子ビームを用い、内部又は凹部を観察すると
きは絶縁物薄膜を貫通する高エネルギー領域の電子ビー
ムを用いる。低エネルギー領域の電子ビームは前記絶縁
物薄膜に照射される電子ビーム量と電子ビーム照射によ
って絶縁物薄膜で発生する二次電子及び反射電子の総量
とがバランスするようなエネルギーを有し、高エネルギ
ー領域の電子ビームは絶縁物を電子が貫通することで絶
縁物薄膜内に電子正孔対を生成し、該電子正孔対の伝導
により絶縁物薄膜表面の電荷が中和されるようなエネル
ギーを有する。

【００１０】本発明による走査形電子顕微鏡は、試料と
しての絶縁物薄膜が被覆された半導体素子を載置する試
料台と、電子源と、電子源から発生した電子ビームを加
速する電子ビーム加速手段と、電子ビーム加速手段の加
速電圧を切り替える加速電圧切り替え手段と、加速され
た電子ビームを試料上に収束する手段と、試料上で電子
ビームを走査する手段と、試料から発生した電子又はＸ
線を検出する検出手段と、電子ビームの走査に同期させ
て検出手段の出力を表示する走査像表示手段とを含み、
加速電圧切り替え手段は電子ビームのエネルギーを絶縁
物薄膜を帯電させない低エネルギー領域と高エネルギー
領域の間で切り替え可能なことを特徴とする。

【００１１】絶縁物薄膜を帯電させない低エネルギー領
域は、試料に負電位を印加する手段を試料の下方に備
え、試料に入射する電子ビームを減速させることにより
実現してもよい。走査像表示手段に入力される検出手段
からの信号は二次電子検出信号、反射電子検出信号、Ｘ
線検出信号又はそのいずれかの合成信号とすることがで
き、低エネルギー電子ビームによる走査像と高エネルギ
ー電子ビームによる走査像を重ねて表示するのが特に好
適である。

【００１２】電子線検出器は、電子ビームを試料上に収
束する手段の最終レンズの上方に設けることができ、電
子ビームを試料上に収束する手段の最終レンズと電子線
検出器の間に、試料に照射される電子ビームは偏向させ
ずに試料から発生した二次電子を前記電子線検出器に吸
引するように電界及び該電界と直交する磁界を印加する
手段を設けてもよい。試料室は、直径が４インチを超え
る試料を挿入できるものであることが好ましい。

【００１３】

【作用】表面に被覆されている絶縁物の膜厚が数μｍ以
下と薄い場合、高エネルギー電子ビームを用いて低エネ
ルギーの時とは異なった原理で絶縁物を帯電させること
なく観察することが可能になる。図３を用いて説明す
る。高エネルギーの照射電子ビーム４は半導体素子７の
数μｍオーダーの絶縁物８を容易に通り抜けることがで
きる。このとき絶縁物８内に電子正孔対９が生成され
る。絶縁物８内に電子正孔対９が生成されると、例えば
絶縁物８の表面に正電荷１０が蓄積すると電子正孔対９
の負電荷が表面に向って流れ、正電荷１０を中和する。
すなわち、絶縁物８が電子ビーム照射により導体になっ
たことになる。この原理による無帯電観察は絶縁物の厚
さにもよるが、絶縁物の膜厚が数μｍ以下である通常の
半導体素子では、電子ビームの加速電圧が５０ｋＶを超
えるとこの原理で観察できるようになる。

【００１４】図４に低エネルギー電子ビームを用いる観
察と高エネルギー電子ビームを用いる観察の優劣を比較
して示した。（Ａ）は半導体素子が帯電なしで観察でき
る電子エネルギー領域を示したものである。すでに述べ
たように、１ｋＶ以下の低エネルギー領域と５０ｋＶ以
上の高エネルギー領域で可能になっている。高エネルギ
ー領域は半導体（数μｍ厚さの絶縁膜）のみで可能にな
る条件である。（Ｂ）に表面からの信号の強度を示し
た。表面の信号は低エネルギーで大きいが、高エネルギ
ーで小さくなっている。一方、（Ｃ）に示すように内部
構造物又はコンタクトホール等の凹部からの信号は高エ
ネルギーでのみ得られる。また、（Ｄ）は分解能を示す
もので、高エネルギーほど高い分解能が得られる。

【００１５】図４（Ｂ）、（Ｃ）から明らかなように、
低エネルギーの電子ビームによる走査像は表面近傍の像
を形成し、高エネルギーの電子ビームによる走査像は内
部や凹部からの像を形成する。したがって、試料の同一
部分を低エネルギーの電子ビームと高エネルギーの電子
ビームで走査し、各走査像を重ねて表示すると、表面と
同時に内部又は凹部も精細に表示された像を得ることが
できる。

【００１６】また、低エネルギー領域の電子ビームで検
査中に、観察不可能な内部構造やコンタクトホール等の
凹部又はさらに高い分解能で観察したい箇所に遭遇した
場合に、高エネルギーに切り替えると、同一の鏡体での
観察のため、その箇所の内部構造等をを短時間のうちに
観察することができる。ルーチンの検査作業において
は、測定対象箇所によって高低のエネルギーを選択する
ことにより確実な検査が可能になる。二次電子又は反射
電子は試料の形状や寸法に関する情報をもたらす一方、
試料から発生するＸ線は成分元素に関する情報をもたら
すので、走査Ｘ線像により走査像中の各位置に存在する
物質の同定を行うことができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を実施例によって詳細に説明す
る。 〔実施例１〕図１は、本発明による走査形電子顕微鏡の
一実施例の概略図である。電子源１１は熱電界放出形で
ある。この電子源１１を加熱電源１２からの電流で加熱
し、引出電極１３に電源１４から数ｋＶの引出電圧を印
加することで電子ビーム１５を引き出す。サプレッサ電
極１６はサプレッサ電源１７から供給される負電圧で電
子源１１の先端部分以外から放出される電子を遮断して
いる。放出電子１５の制御は電源１４で行うことができ
る。

【００１８】引出電極１３を通過した電子１５は、電源
１８から第１加速電極１９に印加された第１加速電圧に
よって所望のエネルギーに調整される。例えば、第１加
速電圧は１ｋＶで、これが低エネルギーに相当する。低
エネルギーの電子で観察する場合には電源２０からの第
２加速電圧が印加されないので第１加速電極１９は接地
電位になり、試料２５を照射する電子のエネルギーは１
ｋＶになる。

【００１９】高エネルギーの電子で観察する場合には、
電源２０からの第２加速電圧を印加する。例えば、電源
２０から第２加速電圧として１９９ｋＶを印加すると、
電子ビーム１５は２００ｋＶに加速され、試料には２０
０ｋＶのエネルギーの電子が照射される。本実施例では
第２加速電圧は分割抵抗２１で分割されて印加され、絶
縁碍子４７で固定された３枚の第２加速電極２２で段階
的に加速される。５１は電子源１１、加速電極２２等の
高電圧部分を覆っている容器で内部には絶縁ガスが詰め
られている。５０は電圧を供給するケーブルである。

【００２０】電源１８による第１加速電圧及び電源２０
による第２加速電圧は、前述のようにいずれも電子ビー
ム１５が試料２５を帯電させることがないように選択さ
れる。低エネルギー又は高エネルギーに選択加速された
電子１５は、コンデンサレンズ２３と対物レンズ２４で
試料２５上に収束される。５２は開口絞りで、照射電子
ビームの開き角を決めている。収束された電子ビームは
偏向コイル２８で試料上を走査する。偏向コイル２８は
上偏向コイル２６と下偏向コイル２７で構成され、常に
対物レンズ２４のレンズ中心を通って走査するように調
整される。走査電源は図示を省略した。

【００２１】電子照射で発生した二次電子２９は、対物
レンズ２４を貫通して設置された吸引電極３０に電源４
０から印加された吸引電圧で対物レンズ２４の上方に引
き上げられる。引き上げられた二次電子２９は、吸引電
極３０を通過すると周囲部材が接地電位であるため減速
される。この減速された二次電子２９のエネルギーは数
Ｖなので、１０ｋＶが印加されたシンチレータ３１に容
易に吸引され、今度は１０ｋＶに加速され、シンチレー
タ３１を光らせる。光はライトガイド３３を通って光電
子増倍管３２で電気信号に増幅変換される。この電気信
号はさらに増幅され走査像表示手段、例えばＣＲＴ６０
の輝度変調信号になる。

【００２２】電子照射で発生した反射電子はマルチチャ
ンネルプレート（ＭＣＰ）等の反射電子検出器３４で検
出され、同様にＣＲＴ６０の輝度変調信号として用いら
れる。試料から発生したＸ線はＸ線検出器６５で検出さ
れ、検出信号は同様にＣＲＴ６０の輝度変調信号として
用いられる。各検出信号は電子ビームの走査と同期して
直接ＣＲＴ６０に入力することもできるが、一旦画像メ
モリ６１に記憶し、必要なら画像処理を施した後、ＣＲ
Ｔ６０に表示することもできる。

【００２３】二次電子検出信号である光電子増倍管３２
の出力信号と反射電子検出器３４の出力信号を加算して
ＣＲＴ６０の輝度変調信号とすることもできる。また、
低エネルギーの電子ビームによる走査像と高エネルギー
の電子ビームによる走査像を画像メモリに記憶し、両走
査像の倍率の相違による像の大きさ、位置ずれ、回転等
を補正した上で重ね合わせ、ＣＲＴ６０に表示すること
ができる。この場合、試料の表面と共に試料の内部又は
コンタクトホール等の凹部を同時に観察可能な高精細像
が得られる。

【００２４】本発明で用いられる試料２５の典型的なも
のは半導体プロセスのウエーハである。この場合には、
予備排気された真空予備室３５に収納したウエーハ３７
を、ゲートバルブ３６の開閉で順次、ステージ３８に搬
送する。ステージ３８はレーザ測長器等で計測制御さ
れ、検査する位置に移動できる。検査目的によっては傾
斜機構３９を備えてもよい。なお、加速電圧の切り替え
に応じてコンデンサレンズ２３や対物レンズ２４の電流
値など装置設定を切り替えるのは勿論である。

【００２５】〔実施例２〕図５は、本発明による走査形
電子顕微鏡の他の実施例の概略図である。図１と同一の
機能部分には同一の番号を付して詳細な説明を省略す
る。電子ビームの発生方式は前記実施例と同一である
が、低エネルギー観察の手法が前記実施例とは異なって
いる。本実施例では、試料２５は絶縁台４２で試料ステ
ージ３８及び傾斜機構３９から絶縁されている。この絶
縁された試料２５を載せる試料台５５に電源４１から負
電位の減速電圧を印加し、電子ビーム１５のエネルギー
を試料２５の直前で所望のエネルギーに低下させる。例
えば、第１加速電圧１８を２ｋＶ、減速電圧４１を１ｋ
Ｖとすることで、試料２５に入射する実質のエネルギー
を１ｋＶにする。この方法によると、電子ビームは電子
レンズ中を高速で通過するため収差が減り、図１の実施
例で得られる分解能よりも高い分解能を得ることができ
る。実施例では２ｋＶを１ｋＶとしたが、さらに高い電
圧から減速してもよい。

【００２６】本実施例では、試料２５で発生した二次電
子は試料２５に印加された１ｋＶの減速電圧４１で加速
されて対物レンズ２４内を通過する。二次電子２９は対
物レンズ２４を通過し、さらに上方に進行する。上方に
進行した二次電子２９は中央に電子ビーム１５を通過さ
せる開口を持ったプレート４３を照射し、ここで再び二
次電子４６を発生させる。プレート４３は二次電子発生
の多い金、銅等の非磁性材料からなる。プレート４３を
照射する面積はプレート４３の開口よりも大きくなるよ
うに調整されている。この調整は第１加速電源１８又は
吸引電圧電源４０で行う。

【００２７】プレート４３で発生した二次電子のエネル
ギーは数Ｖなので容易に電界で吸引できる。本実施例で
は、検出電極４４、４４’で作る電界でシンチレータ３
１の方向に偏向する。電極４４’はメッシュ電極であ
る。この電界で電子ビーム１５も偏向を受けるので、補
正コイル４５で電界と直交した磁界を形成して照射ビー
ムの偏向を打消す。電界によって二次電子を検出器に偏
向する方法は、図１の実施例に用いることもできる。

【００２８】〔実施例３〕図６は、本発明による走査形
電子顕微鏡の他の実施例の概略図である。図１及び図５
と同一の機能部分には同一の番号を付して詳細な説明を
省略する。本実施例では、１段の加速によって電子ビー
ム１５を所望のエネルギーに加速する。また加速電圧の
切り替えは、単一の加速電源４９を調整して行う。

【００２９】電子源１１において引出電極１３で引き出
された電子１５は、対接地に対して印加された加速電源
４９からの加速電圧で加速される。電子源１１、サプレ
ッサ電極１６、引出電極１３は高圧碍子４８で支えられ
ている。各電極に接続されている導線はケーブル５０で
加速電源４９等に接続される。加速電圧は低エネルギー
時は３ｋＶ、高エネルギー時は５０ｋＶに選択される。
低エネルギー時には試料２５に減速電圧４１からマイナ
ス２ｋＶの減速電圧を印加することにより、試料入射時
の電子ビームエネルギーは１ｋＶとなる。高エネルギー
の場合には、図１と同様に、対物レンズ２４を通過した
二次電子２９を検出電極４４、４４’で作る電界によっ
てシンチレータ３１の方向に偏向して検出する。

【００３０】加速電圧の切り替えを単一の加速電源の調
整で行う場合、本実施例のように比較的高い加速電圧
（３ｋＶ）と減速電源４１を併用して試料入射時の電子
ビームエネルギーを下げる構成を採用すると、加速電源
の電圧調整幅が小さくなるので電源設計が容易になる。

【００３１】〔実施例４〕図７は、本発明の装置を用い
たインライン検査のフローチャートである。通常の検査
では、ウエーハ内の検査箇所、検査方法は予め決まって
いる。例えば、図５に示した走査形電子顕微鏡を用い
て、ウエーハ内のｎ１箇所のライン／スペースとｎ２箇
所のコンタクトホールの寸法測定をＮ枚のウエーハにつ
いて行うケースを考える。

【００３２】まず、走査形電子顕微鏡の電子ビームエネ
ルギーとして低エネルギーを選択し（ステップ７１）、
第２加速電源２０を遮断し、低圧の第１加速電源１８に
よって電子源１１と接地電位の第１加速電極１９の間に
数キロボルトの低圧の加速電圧を印加すると共に減速電
源４１を設定する。また、コンデンサレンズ２３、対物
レンズ２４等の電子レンズの電流値を予め決められてい
る低エネルギー用の値に設定する。そして、ウエーハの
絶縁物薄膜を帯電させない低エネルギー領域の電子ビー
ム１５でウエーハを走査し、ステージ３８を駆動してウ
エーハ２５上の観察位置を予め設定されている点に順次
移動しながら１枚のウエーハについてｎ１箇所のライン
／スペースの寸法測定を行う。測定が終了したウエーハ
はゲートバルブ３６を開いて真空予備室３５に排出し、
次いで次のウエーハ３７をステージ３８上の試料台５５
に載せ、同様の測定を行う。この操作はＮ枚のウエーハ
全部の測定が終了するまで繰り返される（ステップ７
２）。

【００３３】続いて、走査電子顕微鏡の電子ビームエネ
ルギーとして高エネルギーが選択され（ステップ７
３）、第１加速電源１８と共に第２加速電源２０が接続
される。コンデンサレンズ２３、対物レンズ２４等の電
子レンズの電流値は予め決められている高エネルギー用
の値に設定される。そして、ウエーハの絶縁物薄膜を帯
電させない高エネルギー領域の電子ビーム１５でウエー
ハを走査し、ステージ３８を駆動してウエーハ２５上の
観察位置を予め設定されている点に順次移動しながら１
枚のウエーハについてｎ２箇所のコンタクトホールの検
査を行う。この操作をＮ枚のウエーハ全てについて反復
して検査が終了する（ステップ７４）。この検査では同
一箇所を低エネルギーと高エネルギーで観察することも
可能で、観察終了後に両者の比較あるいは重ね合わせ等
の画像処理が実施される。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したごとく本発明によれば、走
査電子ビームのエネルギーとして低エネルギーを選択す
ることで表面を主体とした半導体素子の検査が可能にな
り、高エネルギーを選択することで低エネルギーでは観
察できない内部構造やコンタクトホールを検査すること
ができる。そのため、半導体素子製造のプロセスにおけ
る検査をさらに完全なものとすることができ、素子開発
促進、歩留まり向上への効果は非常に大きい。また、低
エネルギー電子ビームによる走査像と高エネルギー電子
ビームによる走査像を合成して重ねて表示することによ
り、表面から深部にわたるまで高精細の画像を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による走査形電子顕微鏡の一実施例の概
略図。

【図２】低エネルギー領域の絶縁物観察の原理を説明す
る図。

【図３】高エネルギー領域の絶縁物観察の原理を説明す
る図。

【図４】低エネルギー領域と高エネルギー領域の優劣を
比較する図。

【図５】本発明による走査形電子顕微鏡の他の実施例の
概略図。

【図６】本発明による走査形電子顕微鏡の他の実施例の
概略図。

【図７】本発明装置を用いた半導体プロセス検査のフロ
ーを説明する図。

【符号の説明】

７：半導体素子、８：絶縁物薄膜、９：電子正孔対、１
０：正電荷、１１：電子源、１２：加熱電源、１３：引
出電極、１５：電子ビーム、１６：サプレッサ電極、１
７：サプレッサ電源、１８：第１加速電源、１９：第１
加速電極、２０：第２加速電圧、２１：分割抵抗、２
２：第２加速電極、２３：コンデンサレンズ、２４：対
物レンズ、２５：試料、２６：上偏向コイル、２７：下
偏向コイル、２８：偏向コイル、２９：二次電子、３
０：吸引電極、３１：シンチレータ、３２：光電子増倍
管、３３：ライトガイド、３４：反射電子検出器、３
５：真空予備室、３６：ゲートバルブ、３７：ウエー
ハ、３８：ステージ、３９：傾斜機構、４０：吸引電
圧、４１：減速電圧、４２：絶縁台、４３：プレート、
４４、４４’：検出電極、４５：補正コイル、４６：二
次電子、４７：絶縁碍子、４８：高圧碍子、４９：加速
電源、５０：ケーブル、５１：容器、５２：開口絞り、
５５：試料台、６０：ＣＲＴ、６１：画像メモリ、６
５：Ｘ線検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大高 正 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社日立 製作所計測器事業部内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁物薄膜が被覆された半導体素子を電
   子ビームで走査し、発生した電子又はＸ線を検出して走
   査像を得ることによる半導体素子の観察方法であって、 前記絶縁物薄膜を帯電させない低エネルギー領域及び高
   エネルギー領域の電子ビームを用いて走査を行うことを
   特徴とする半導体素子の観察方法。
2. 【請求項２】 絶縁物薄膜が被覆された半導体素子を走
   査形電子顕微鏡の試料室に設置し、電子ビームで走査す
   るとき発生する電子又はＸ線を検出し、走査像を得るこ
   とによって前記半導体素子の表面及び内部又は凹部を観
   察する半導体素子の観察方法であって、 前記表面を観察するときは前記絶縁物薄膜を帯電させな
   い低エネルギー領域の電子ビームを用い、前記内部又は
   凹部を観察するときは前記絶縁物薄膜を帯電させない高
   エネルギー領域の電子ビームを用いることを特徴とする
   半導体素子の観察方法。
3. 【請求項３】 前記低エネルギー領域の電子ビームは前
   記絶縁物薄膜に照射される電子ビーム量と該電子ビーム
   照射によって前記絶縁物薄膜で発生する二次電子及び反
   射電子の総量とがバランスするようなエネルギーを有
   し、前記高エネルギー領域の電子ビームは前記絶縁物薄
   膜内に電子正孔対を生成し、該電子正孔対の伝導により
   前記絶縁物薄膜表面の電荷が中和されるようなエネルギ
   ーを有することを特徴とする請求項１又は２記載の半導
   体素子の観察方法。
4. 【請求項４】 前記低エネルギー領域の電子ビームを用
   いた走査像と高エネルギー領域の電子ビームを用いた走
   査像を重ねて表示することを特徴とする請求項１、２又
   は３記載の半導体素子の観察方法。
5. 【請求項５】 試料としての絶縁物薄膜が被覆された半
   導体素子を載置する試料台と、電子源と、前記電子源か
   ら発生した電子ビームを加速する電子ビーム加速手段
   と、前記電子ビーム加速手段の加速電圧を切り替える加
   速電圧切り替え手段と、加速された電子ビームを試料上
   に収束する手段と、試料上で電子ビームを走査する手段
   と、試料から発生した電子又はＸ線を検出する検出手段
   と、電子ビームの走査に同期させて前記検出手段の出力
   を表示する走査像表示手段とを含み、前記加速電圧切り
   替え手段は電子ビームのエネルギーを前記絶縁物薄膜を
   帯電させない低エネルギー領域と高エネルギー領域の間
   で切り替え可能なことを特徴とする絶縁物薄膜が被覆さ
   れた半導体素子観察用走査形電子顕微鏡。
6. 【請求項６】 試料に負電位を印加する手段を試料の下
   方に備え、試料に入射する電子ビームを減速させること
   により前記絶縁物薄膜を帯電させない低エネルギー領域
   を実現することを特徴とする請求項５記載の走査形電子
   顕微鏡。
7. 【請求項７】 前記走査像表示手段に入力される前記検
   出手段からの信号は二次電子検出信号、反射電子検出信
   号、Ｘ線検出信号又はそのいずれかの合成信号であるこ
   とを特徴とする請求項５又は６記載の走査形電子顕微
   鏡。
8. 【請求項８】 前記電子ビームを試料上に収束する手段
   の最終レンズの上方に電子線検出器を備え、試料から発
   生して該レンズを通過した二次電子を検出するようにし
   たことを特徴とする請求項第５、６又は７記載の走査形
   電子顕微鏡。
9. 【請求項９】 前記電子ビームを試料上に収束する手段
   の最終レンズと電子線検出器の間に、試料に照射される
   電子ビームは偏向させずに試料から発生した二次電子を
   前記電子線検出器に吸引するように電界及び該電界と直
   交する磁界を印加する手段を備えることを特徴とする請
   求項５〜８のいずれか１項記載の走査形電子顕微鏡。
10. 【請求項１０】 前記走査像を記憶する手段を更に備
    え、低エネルギー領域の電子ビームによる走査像と高エ
    ネルギー領域の電子ビームによる走査像を前記走査像表
    示手段に重ねて表示することを特徴とする請求項５〜９
    のいずれか１項記載の走査形電子顕微鏡。
11. 【請求項１１】 直径が４インチを超える試料を挿入で
    きる試料室を備えたことを特徴とする請求項第５〜１０
    のいずれか１項記載の走査形電子顕微鏡。